基于plc小型音乐喷泉设计最终版毕业论文

本科毕业设计（论文）说明书 小型音乐喷泉设计 学 院 机电工程学院 专业班级 09级机械2班 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2013 年 5 月 19 日 华南理工大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日华 南 理 工 大 学 广 州 学 院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给 机械工程及自动化 专业 2 班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 小型音乐喷泉 2.应完成的项目(论文提纲)： （1）调研、搜集整理课题相关资料，完成外文资料的翻译，明确系统要完成的控制任务 （2）建立确定喷泉的整体设计方案 （3）硬件设计，包括具体器件选择 （4）软件设计，完成系统主程序和重要子程序，并对相关主要功能编程 （5） 编写毕业设计说明书，要求书写规范 3.参考资料以及说明： （1）钟肇新 范建东 冯太合，可编程序控制器原理及应用华南理工大学出版 （2）袁任光，可编程序控制器应用技术与实例，华南理工大学出版社 （3）廖常初，FX系列PLC编程及应用，机械工业出版社 4.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成，然后提交毕业设计（论文）答辩委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 年 月 日 指导教师（导师组负责人） 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩小组负责人签字： 年 月 日摘 要 本次设计的目的是制作一个以小型PLC为控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础的小型音乐喷泉控制系统。系统控制核心选用SIEMENS公司的S7-200 Micro PLC，水泵的控制选用MICROMASTER 420变频器。PLC具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间，因而，确保控制系统的可靠性、稳定性。但成本较高。 本文主要介绍音乐喷泉控制系统的软件设计，着重介绍可编程控制器的程序设计和变频器的参数设置。本文主要分为五个部分，第一部分对PLC的原理进行了简单介绍；第二部分主要介绍变频器原理和对控制系统进行了总体介绍；第三部分主要介绍了系统硬件设计，变频器的参数设计，包括系统参数设置方法、参数设置以及参数设计说明；第四部分主要介绍了系统软件设计包括控制系统控制流程以及控制核心PLC的编程；第五部分介绍了系统调试的相关情况的内容。 关键词：音乐喷泉，软件设计 ,控制系统，可编程控制器，变频器IIIAbstract The purpose of this design is to produce a small PLC as control core, inverter to control the height of water column, based on the audio acquisition of small music fountain control system. System control core choose Micro SIEMENS companys S7-200 PLC, pump control MICROMASTER 420 frequency converter selection.Self-diagnosis of PLC has strong function, rapid convenient check fails, shorten maintenance time, therefore, to ensure the reliability and stability of the control system. But the cost is higher.Music fountain control system software design were introduced in this paper, introduces the program design of programmable controller and frequency inverter parameter Settings. This paper mainly divided into five parts, the first part briefly introduces the principle of PLC; The second part mainly introduces the principle of frequency converter and control system for the general introduction; The third part mainly introduces the system hardware design, the parameters of the frequency converter is designed, including system parameters setting method, parameter Settings and design specification; The fourth part mainly introduced the system software design including control system control process as well as the control core PLC programming; The fifth part introduced the system debugging of the contents of the relevant information.Key words: musical fountain, software design, control system, PLC, Transducer 目录摘 要IAbstractII目录III前 言1第一章 绪论31.1 PLC的概述31.2 PLC的基本结构41.3 本章小结4第二章 系统总体介绍52.1 音乐喷泉组成52.2 控制系统的简要工作过程52.3 本章小结6第三章 系统硬件设计73.1 变频器的工作原理以及控制方式73.1.1 变频器的工作原理73.1.2 变频器的控制方式与性能83.2 变频器控制参数设计93.2.1 MM420变频器的电路结构93.2.2 MM420变频器操作面板113.2.3 变频器参数设置方法123.2.4 变频器控制说明143.3 PLC的工作原理及工作过程183.4 PLC设计203.5 本章小结22第四章 PLC控制系统软件设计234.1 PLC控制流程234.2 主要控制程序254.3 本章小结27第五章 系统调试285.1 PLC的调试285.2 系统整体调试285.3 本章小结30结束语31参考文献：32附录33致谢39前言前 言所谓音乐喷泉，就是利用音乐的主要音素(频率、振幅、音色和节拍)控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合、明暗变化的喷泉。音乐喷泉是把现代控制技术应用于人工喷泉，是在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，通过音乐控制喷泉的水形及灯光的变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。这种控制方式不必对音乐预先进行编辑处理，所以对任何新版音乐文件甚至现场即兴演奏都可响应。随着科学技术突飞猛进的发展，可编程控制器和变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。利用小型PLC结合变频器的音乐喷泉控制系统，可以实现喷泉彩灯、水泵的多点控制，简单的接线和编程即可完成水形灯光完美的伴随音乐节奏和情感，适合追求时尚的家居生活和娱乐场所等场合。以PLC与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，将来自媒体设备的音频信号通过音频采集系统的识别，进行译码和编码后转换成控制信号，最终将信号输出到控制系统，使得所设计的音乐喷泉水形的变化能够伴随音乐，灯光的闪烁跟随音乐的节奏，实现了水形跟随音乐的旋律变化，灯光跟随预定程序变化，形成了声、光、水、色交融的美景，灯光、音响、水景统一的立体效果。基于小型PLC的音乐喷泉控制系统在实际生活中应用前景广阔，值得推广使用。在设计过程中我们选用可编程控制器来实现对音喷泉的控制。作为工业自动化的重要支柱之一的可编程控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点引到了当今工业控制的潮流。PLC是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器接触器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，特别是目前在现场总线和工业控制网络方面的发展为自动化领域开辟了崭新的空间。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用1华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）说明书可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）配套齐全，功能完善，适用性强。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。（5）体积小，重量轻，能耗低。由于音乐喷泉系统控制的复杂性，如果采用常规继电器控制，音乐喷泉控制的可靠性较差，并且接线复杂。采用PLC控制后，由于PLC是采用程序控制，是软接线，因此可靠性大大提高了。音乐喷泉的核心控制是由可编程控制器实现的，可编程控制器是整个系统的“大脑”，由程序实现用音乐频率转换的开关量去控制喷泉水柱和彩灯闪烁的变化。可编程控制器简化了控制线路，提高了工作的速度和可靠性以及系统操作的灵活性，也提升了喷泉工程的智能化性能。2第一章 绪论第一章 绪论PLC是在继电器控制技术、计算机技术和现代通信技术的基础上逐步发展起来的一项先进的技术。PLC从诞生至今虽然只有短短的30多年的历史,但是得到了异常迅猛的发展，在现代工业发展中PLC技术、CAD/CAM技术和机器人技术并称为当代工业自动化的三大支柱。PLC主要以微处理器为核心，使用编写的程序进行逻辑控制、定时、算术和计算运算等，而且通过数字量和模拟量的输入/输出（I/O）来控制各种生产过程。现在应用最广泛在机电控制、电气控制、网络通信、数据采集、运输等多个领域。1.1 PLC的概述1987年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。随着PLC迅速发展，功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，形成了能够满足各种需要的PLC应用系统，PLC的发展逐渐体现出来以下趋势：1. 向小型化、微型化和、多功能化两个方向发展；2. 过程控制功能不断增强；3. 大力开发智能I/O模块；4. 与个人计算机日益紧密结合；5. 编程语言趋向标准化；6. 通讯与联网能力不断增强 1。 PLC技术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要还是它具有许多自身的优点。可编程控制器本质上是具有比较特殊体系结构的工业控制计算机，与一般的计算机相比具有更强的与工业过程相连的接口，同时具有更适用于控制要求的程序设计语言。因此可以说，可编程控制器是将计算机技术和电器控制技术有机地结合在一起。其特点主要表现有以下几个方面。 1. 可靠性高，抗干扰性强2. 编程简单、使用方便3. 易于安装、调试、维修4. 功能完善，通用性强5. 体积小，能耗低2目前，PLC的种类很多，规格性能不一，通常可根据它的结构形式、容量或功能进行分类。按照结构形式分类，PLC可分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC；按照容量分类，PLC可分为小型PLC（I/O点数一般在256以下）、中型PLC（I/O点数一般在2561024点之间）、大型PLC（I/O点数在1024以上）；按功能分类，PLC可分为低档机、中档机、高档机。由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中得到了广泛应用。PLC的主要应用领域包括以下几个方面，开关逻辑和顺序控制；模拟控制；定时控制；数据处理；信号连锁系统；通信3。1.2 PLC的基本结构PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，其硬件组成与微型计算机相似。一般的，PLC主要由CPU、存储器、输入模块、输出模块和通信接口等部分组成。1.3 本章小结通过查找PLC相关资料，整理PLC的基本概述和结构，大致了解音乐喷泉的整体规划中需要用到的PLC知识，并根据实际确定所使用的PLC系统和相关软件，根据其功能搜集相关模块的资料。9第二章 系统总体介绍第二章 系统总体介绍音乐喷泉的控制主要由PLC和变频器完成，通过音乐的频率信号控制PLC。通过改变水泵电机的控制频率可以实现水泵转速变化，进而通过水泵的转速变化来控制音乐喷泉的水柱高度变化，实现音乐变化对喷泉的控制。变频器接受来自经PLC处理的音乐控制信号，输出频率不同的交流电，从而水泵的喷水状态不断变化，实现了喷泉喷水随音乐高低呈现不同的形态。同时通过PLC控制彩灯，实现彩灯组与音乐节奏的同步变换。2.1 音乐喷泉组成此小型音乐喷泉喷头分三组。外圈九个喷头，中圈六个喷头，喷水口直径0.5mm，中心主喷头用集流直上喷头，它比一般直流喷头喷水流量大，当水泵大功率运行时，有壮观的喷水直径和高度。本设计采用两组单相潜水泵，外两圈喷头由一个12W的潜水泵提供压力，主喷头由一个55W的潜水泵提供水压。两组彩灯分两圈，分别安装在外圈和中圈喷头下，工作是成交替闪烁。这样音乐喷泉工作时喷水层次感明显，视觉效果良好。喷泉水池直径约0.8m，喷头组最大直径0.5m，在外圈和中圈喷头向内倾斜的情况下很好的防止了水池喷水造成的向外溅水。音乐喷泉的控制系统由音乐信号处理电路（包括F/V转换电路、模/数转换电路、信号隔离电路），PLC及变频控制电路，潜水泵控制电路，稳压电源电路和音响设备组成。其中PLC及变频控制电路为设计重点。2.2 控制系统的简要工作过程首先对音频信号进行分配，一路直接经功率放大器后输出到外部音箱设备；另一路 则对音频信号进行采样和A/D 转换等预处理；其次，经过PLC对数字量音频信号（二进 制） 进行转换,将其音频信号转换成实数， 再通过在PLC内部设定某种固定值或表格数据， 与之相比较输出采样值的范围；最后，通过对变频器的高、中、低三个控制端进行开关 量输入，即输入组合（001111），以达到调节变频器的7种频率段，并能很好的控制 潜水泵的转速。当转速的快慢、音乐音频信号各频率对应声音信号的强度, 通过变频控 制系统就可以将音频信号的变化用喷泉的水柱表现出来, 水柱的高低按线性比例反映音 频信号的幅度。设每次对音频信号的采样时间为0.6s。控制系统主要由PLC、A/D转换模块、变频器、潜水泵和灯光组成。通过PLC对外 部音频信号的采样、 转换来控制变频器和故态继电器的动作， 从而达到控制系统的要求， 并能够实现对音乐和喷泉的实时的完美结合。音乐喷泉控制系统硬件组成部分如图3.1 所示。图2-1 音乐喷泉控制系统结果图（1） 系统的控制过程在这里，输入转换电路是指能对乐曲启停、乐曲节奏和声音强弱等进行检测并将检测到的信号以电平、脉冲或数字形式送至PLC的电路。 在此控制系统中，利用A/D模块对音乐信号的采样，根据控制精度的需要,人耳的听 觉,音乐信号的特点。由于人耳听到的是广场上播放乐曲的声音,而人眼看到的是喷头的2.3 本章小结通过相关资料，确定方案：设计采用S7-200PLC和MICROMASTER420变频器作为主控制硬件，由于控制系统较简单，本次设计选择MM420变频器来控制水泵转速。MM420是通用变频器，是用于控制三相交流电动机速度的变频器。设计了以S7-200PLC基本系统为核心的一台音乐喷泉，其中包PLC、变频器、水泵、电机驱动、系统软件等部分的设计。 第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计3.1 变频器的工作原理以及控制方式3.1.1 变频器的工作原理变频器的主要任务是把工频电源变换为另一频率的交流电，以满足交流电动机的变频调速的需要。现在使用的变频器主要采用交-直-交方式（VVVF，变频或矢量控制变频），先把工频交流电通过整流器转换成直流电，然后再把直流电转换成频率、电压均可控制的交流电，以供给电动机。变频器的电路一般由整流器、中间直流环节、逆变器和控制电路4个部分组成。8交流电动机的同步转速表达式为 n = 60 f (1 s) / p式中：n异步电动机的转速；f异步电动机的频率；s电动机转差率；p电动机极对数。由上式可知，异步电动机的转速n 与频率f成正比，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在050 Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。8变频器首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行控制变为交流电。一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数。使转数在一定的范围内可调，一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着图3-1所示的基本结构。 图3-1 变频器的基本构成华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）说明书3.1.2 变频器的控制方式与性能异步电动机调速转动时,变频器可以根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制,不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途也不同。变频器控制方式大致大体可分为开环控制盒闭环控制两种，后者进行电动机速度反馈。开环控制有控制方式，闭环控制有转差频率控制和矢量控制等方式。(1) 控制 对于异步电动机，只要改变其供电电源的频率，即可以改变电动机的转速，达到进行调速运转的目的。但是，对于一个实际的交流调速控制系统来说，事情远远不是那么简单。这是因为当电动机电源的频率被改变时，电动机的内部阻抗也将随之改变，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强的情况。在励磁不足的情况下电动机将难以给出足够的转矩，而在励磁过强时电动机又将出现磁饱和，造成电动机功率因数和效率的下降。因此，为了得到理想的转矩速度特性，在改变电源频率进行调速的同时，必须采取必要的措施来保证电动机的气隙磁通处于高效状态（即保持磁通不变）。这就是控制的出发点。这种变频器虽然结构比较简单，但是，由于这种变频器采用的是开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想，尤其是在低速区电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围。所以采用这种控制方式的变频器一般是对控制性能要求不太高的通用变频器。 转差频率控制：转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机转速与转差频率之和作为变频器的给定输出频率。由于通过控制转差频率来控制转矩和电流，与控制相比其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外它有速度调节器，利用速度反馈进行速度闭环控制，速度的静差小，适用于自动控制系统。转差频率控制方式通常用于单机运转。因为在采用转差频率控制方式时需要检测电动机的实际转速，所以需要在异步电动机轴上安装速度传感器。而电动机的转速检测则由速度传感器和变频器控制电路中的运算电路完成。控制电路还将通过适当的算法根据检测到的电动机速度产生转差频率和其他的控制信号。此外，在采用了转差频率控制方式的变频器中往往还加有电流负反馈，对频率和电流进行控制，所以这种变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性 。 矢量控制：矢量控制的基本思想是认为异步电动机和直流电动机具有相同的转矩产生机理，第三章 系统的硬件设计即电动机的转矩为磁场和与其相垂直的电流的积，而异步电动机的定子电流则可以分为产生磁场的电流分量（磁场电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）。因此，通过控制电动机定子电流的大小和相位（即定子电流矢量），即可以分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的。3.2 变频器控制参数设计根据播放的音乐来控制水柱，达到水柱与音乐同步的效果，而水柱是由水泵来控制的，水泵是由异步电动机组成的，异步电动机的转速如果通入工频电源，转速是不变化的，变频器是专门针对电机调速的装置。由变频器控制电机的转速，使水柱发生变化。变频器的主要任务是把工频电源变换为另一频率的交流电，以满足交流电动机的变频调速的需要，本系统中变频器主要用来接受来自经PLC处理的音乐控制信号，输出频率不同的交流电，从而使水泵的喷水状态不断变化，实现了喷泉喷水随音乐高低呈现不同的形态7。3.2.1 MM420变频器的电路结构MM420变频器电路图如图2-2所示，包括主电路和控制电路两部分，主电路完成电能转换（整流和逆变），控制电路处理信息的收集、变换和传输。在主电路中，由电源输入单相或三相恒压恒频的交流电，经整流电路转换成恒定的直流电，供给逆变电路。逆变电路在CPU控制下，将恒定的直流电你变成电压和频率均可调的三相交流电供给电动机负载。由图3-1可知，MM420变频器直流换届是通过电容进行滤波的，因此属于电压型交-直-交变频器。MM420变频器的控制电路由CPU、模拟输入（AIN+、AIN）、模拟输出（AOUT+、AOUT）、数字输出（DIN1DIN3）、输出继电器触头（RL1B、RL1C）、操作板（BOP）等组成。端子1、2是为用户提供的10V直流电源。当采取模拟电压信号输入方式输入给定频率时，为了提高交流变频调速系统的控制精度，必须配备一个高精度的直流电源。模拟输入3、4端，为用户提供了两对模拟电压给定输入端，作为频率给定信号，经变频器内的模/数转换器，将模拟量转换为数字量，提供给CPU来控制系统。数字输入端5、6、7为用户提供了3个完全可编程的数字输入端，数字信号经光电隔离输入CPU，对电动机进行控制8。端子8和9是24V直流电源端，为变频器的控制电路提供24V直流电源。9华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）说明书图 3-2 变频器电路图1137第三章 系统的硬件设计3.2.2 MM420变频器操作面板利用BOP可以更改MM 420变频器的各个设置参数。BOP具有5位数字的7段现实，用于显示参数的序号和数值、报警和故障信息以及该参数的设定值和实际值，BOP不能存储参数的信息。BOP上的按钮以及功能说明见表4-1表3-1 基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能状态显示LCD 显示变频器当前的设定值。 起动变频器按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P0700 = 1。停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700 = 1。OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的。 改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（）表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定 P0700 = 1。 电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。 功能此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2 秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：1. 直流回路电压（用d 表示 单位：V）2. 输出电流（A）3. 输出频率（Hz）4. 输出电压（用 o 表示 单位：V）。5. 由P0005 选定的数值（如果P0005 选择显示上述参数中的任何一个（3，4，或 5），这里将不再显示）。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。跳转功能在显示任何一个参数（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到 r0000 后，按此键将返回原来的显示点。 访问参数按此键即可访问参数。 增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值。 减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值. 3.2.3 变频器参数设置方法用BOP可以更改参数的数值，下面以更改过滤功能参数P0004为例介绍数值的更改步骤，见表4-2；并以选择命令/设定值源P0719为例说明如何修改参数的数值，见表4-3。按照表4-2和表4-3中说明的类似方法，可以用BOP修改任何一个参数5。表3-2 改变过滤功能参数P0004表3-3 修改选择命令/设定值源下标参数P0179 （1） 变频器参数设置一般涉及到的参数有：电机参数，可参考电机铭牌，如电机额定的电压、功率、电流、转速等。选择控制电机启动、停止方式，如通过变频器面板还是端子。选择变频器运行频率控制方式，如变频器面板、电位器（ 需设置对应频率范围） 还是若干个固定频率（ 通过变频器端子选择对应频率） 。变频器运行最小、最大频率，加、减速时间等。变频器控制方式。在本系统中需要是设置的参数有：（1） P0010参数为“30”， P0970参数设定为“1”，变频器复位到工厂设定值（2） P0003参数为“2”扩展用户的参数访问范围（3） P0700参数为“2”由模拟端子/数字输入控制变频器（4） P0701参数为“17”BCD码选择+ON命令（5） P0702参数为“17”BCD码选择+ON命令（6） P0703参数为“17”BCD码选择+ON命令（7） P0704参数为“1”正转启动华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）说明书（8） P1000参数为“3”固定频率设定值（9） P1001参数为“20”固定频率1为20Hz（10） P1002参数为“25”固定频率2为25Hz（11） P1003参数为“30”固定频率3为30Hz（12） P1004参数为“35”固定频率4为35Hz（13） P1005参数为“40”固定频率5为40Hz（14） P1006参数为“45”固定频率6为45Hz（15） P1007参数为“50”固定频率7为50Hz3.2.4 变频器控制说明（1）系统参数设计说明变频器由数字信号控制，将P0700参数设置为“2”，控制编码形式为BCD码，实现变频器对水泵电机多段调速控制。变频信号由PLC发出，接入变频器为用户提供的3个完全可编程的数字输入端，3个数字输入量控制变频器的7种频率输出，通过参数设置7种不同的固定频率。数字信号经光电隔离输入CPU，处理后通过逆变器实现对电机的控制。变频器设置水泵正转启动。数字输入与对应频率如表4-4所示13 表3-4 数字输入与对应频率DIN11010101DIN20110011DIN30001111频率值（Hz）20253035404550（2）相关参数的说明（1）为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应按照下面的数值设定参数（用BOP，AOP 或必要的通讯选件）：1. 设定P0010 = 302. 设定P0970 = 1（2）P0003参数为“2”，变频器的参数有4个用户访问级；即标准访问级，扩展访问级，专家访问级和维修级。访问的等级由参数P0003 来选择。对于大多数应第三章 系统的硬件设计用对象，只要访问标准级（P0003 = 1）和扩展级（P0003=2）参数就足够了。每组功能中出现的参数号取决于P0003 中设定的访问级。该参数的最小值为0，最大值为4，缺省值为1。0 用户定义的参数表1 标准级：可以访问最经常使用的一些参数。2 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的 I/O 功能。3 专家级：只供专家使用。4 维修级：只供授权的维修人员使用-具有密码保护20。（3）P0700参数为“2”，选择数字的命令信号源（最小值：0；缺省值：2；最大值：6）。改变这一参数时，同时也使所选项目的全部设置值复位为工厂的缺省设置值。例如：把它的设定值由1 改为2 时，所有的数字输入都将复位为缺省的设置值。可能的设定值：0 工厂的缺省设置1 BOP（键盘）设置2 由端子排输入4 通过 BOP 链路的USS 设置5 通过 COM 链路的USS 设置6 通过 COM 链路的通讯板（CB）设置（4）P0701参数为“17”，用来选择数字输入 1 的功能。该参数的最小值为0，最大值为99，缺省值为1。本系统中设置P0701为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令）。可能的设定值：0 禁止数字输入1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令1）2 ON reverse /OFF1（接通反转 / 停车命令1）3 OFF2（停车命令2） - 按惯性自由停车4 OFF3（停车命令3） - 按斜坡函数曲线快速降速停车9 故障确认10 正向点动11 反向点动12 反转13 MOP（电动电位计）升速 （增加频率）14 MOP 降速（减少频率）15 固定频率设定值（直接选择）华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）说明书16 固定频率设定值（直接选择 + ON 命令）17 固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令）21 机旁/远程控制25 直流注入制动29 由外部信号触发跳闸33 禁止附加频率设定值99 使能 BICO 参数化（5）P0702参数为“17”，用来选择数字输入2的功能。该参数的最小值为0，最大值为99，缺省值为12。本系统中设置P0702为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令）。可能的设定值同参数P0701设置说明。（6）P0703参数为“17”，用来选择数字输入3的功能。该参数的最小值为0，最大值为99，缺省值为9。本系统中设置P0703为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令）。可能的设定值同参数P0701设置说明。（7）P0704参数为“1”，用来选择数字输入 4 的功能。该参数的最小值为0，最大值为99，缺省值为0。本系统中设置P0704参数为“1”，即1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令1）10。可能的设定值0 禁止数字输入1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令1）2 ON reverse /OFF1（接通反转 / 停车命令1）3 OFF2（停车命令2） - 按惯性自由停车4 OFF3（停车命令3） - 按斜坡函数曲线快速降速停车9 故障确认10 正向点动11 反向点动12 反转13 MOP（电动电位计）升速 （增加频率）14 MOP 降速（减少频率）21 机旁 / 远程控制25 直流注入制动29 由外部信号触发跳闸33 禁止附加频率设定值99 使能 BICO 参数化第三章 系统的硬件设计（8）P1000参数为“3”，该参数用来选择频率设定值的信号源。在下面给出的可供选择的设定值表中，主设定值由最低一位数字（个位数）来选择（即 0 到 6），而附加设定值由最高一位数字（十位数）来选择（ 即 x0 到 x6，其中，x=16）。只有一位数字时，表示只有主设定值，没有附加设定值。本系统设置P1000参数为“3”选择固定频率设定值 （9）P1001参数为“20”，该参数用来定义固定频率 1 的设定值。为了使用固定频率功能，需要用P1000 选择固定频率的操作方式，在“直接选择”的操作方式（P0701 - P0703= 15）下，还需要一个ON 命令才能使变频器投入运行。有三种选择固定频率的方法：1. 直接选择2. 直接选择 + ON 命令3. 二进制编码选择 + ON 命令1 直接选择（P0701 - P0703 = 15）在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是它们的总和。例如： FF1 + FF2 + FF32 直接选择 + ON 命令（P0701 - P0703 = 16）选择固定频率时，既有选定的固定频率，又带有 ON 命令，把它们组合在一起。在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是它们的总和9。例如： FF1 + FF2 + FF33 二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令（P0701 - P0703 = 17），使用这种方法最多可以选择7 个固定频率。各个固定频率的数值根据表4-5所示选择。表3-5 数字输入与对应频率DIN3DIN2DIN1OFF不激活不激活不激活P1001FF1不激活不激活激活P1002FF2不激活激活不激活P1003FF3不激活激活激活P1004FF4激活不激活不激活P1005FF5激活不激活激活P1006FF6激活激活不激活P1007FF7激活激活激活（10）P1002P1007参数设置参考P1001参数设置规则。3.3 PLC的工作原理及工作过程PLC的工作原理可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC执行的任务是按串行方式进行的，其具体的运行方式与继电器-接触器控制系统及计算机控制系统都有着一定的差异与不同。根据PLC的结构，可以简单地将PLC工作电路分为3部分，即输入部分、内部程序执行部分和输出部分。输入部分的主要功能就是检测各外部输入信号的状态，并将结果存放到输入映像寄存器中，供程序执行过程中查询。PLC的程序是电器控制线路的软件实现，程序的执行过程相当于电气控制的逻辑运算过程。PLC按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，得到相应的输出。这些输出同样对应于PLC的某些内部软元件。输出部分由PLC内部输出继电器常开触点、输出端子和外部驱动电路组成。输出端子与同编号的输出继电器相对应，通过输出继电器常开触点的分合来驱动外部负载。PLC的用户程序由若干条指令组成，依次存放在程序存储器中。PLC工作时，总是从第一条指令开始按照用户程序所固有的顺序逐条执行，直至用户程序结束，然后再返回到第一条指令，开始新一轮的程序执行过程。程序的每一次执行过程称为一次扫描过程。PLC的工作过程就是这样周而复始的顺序扫描过程，简称为扫描工作方式，这种周期性的顺序扫描是PLC特有的一种工作方式。PLC的扫描工作过程可分为如下三个部分：上电处理；扫描过程；故障处理。PLC的扫描工作流程如图1-2所示。 图3-3 PLC的扫描工作流程第三章 系统的硬件设计3.4 PLC设计S7-200是西门子推出的小型PLC，S7-200系列PLC为单体式结构，配有RS-485通讯接口、内置电源系统和部分I/O接口。它体积小、运算速度块、可靠性高，具有丰富的指令，系统操作简便、便于掌握，可方便地实现系统的I/O扩展，性能价格比高，是目前中小规模控